西安交通大学燃烧学作业

第三章作业使用编程语言求解常微分方程的方法，求解零维系统自燃问题：k0——频率因子，初值取100.0E——活化能，初值取1.E5R——气体常数，初值取8.314C——可燃混合物中反应物浓度，初值取1.0n——反应级数，初值取1.0 V——容器体积，初值取1.0 Q——可燃混合物的燃烧热，初值取2.E7T——容器内可燃混合物温度，初值取与T0相等的数值。

h——散热系数，初值取5.0S——容器壁散热面积，初值取6.0T0——容器壁温度，初值取800.0定解条件：t=0时，T=T0。

以上方程描述了一个零维系统的温度从t=0开始随时间变化的过程。

a)使用在第一章已经介绍过的Euler法，求解上述定解条件下的常微分方程，获得系统温度T随时间t的变化曲线。

b)分别令系统初温T0=300、400、500、600、700、800、900、1000、1100（其他参数不变），获得不同初始温度下的系统升温曲线，并讨论系统初温对热自燃过程的影响。

c)分别令散热系数h＝1.0～10.0（T0保持800K），获得不同初始温度下的系统升温曲线，并讨论散热系数对热自燃过程的影响。

问题求解过程如下：一：程序如下：#include<stdio.h>#include<math.h>#include<fstream>#include<iostream>using namespace std;int main(){ofstream ofile;ofile.open("f:\\myfile.txt"); //打开文件double k0 = 100, R = 8.314, C = 1.0, n = 1.0, V = 1.0, yita = 5.0, S = 6.0;//定义参数double rou = 1.0, cv = 4.02;double E = 1.0e5, Q = 2.0e7;double d, tao[101], T[101];double h = 0.1; //设置时间间隔int i;double f(double x, double y[100]);tao[0] = 0.0, T[0] = 800.0; //设置初值printf("%f,%f\n", T[0], tao[0]);for (T[0] = 300; T[0]<= 1100; T[0] = T[0] + 100) //求解方程在T0=300到1100时的温度变化值{if (T[0]==800) //当初始温度为800度时改变η使其在1.0至10变化for (yita = 1.0; yita <= 10; yita++){ofile << yita<< endl;ofile << '\n'<< endl;for (i = 0; i < 100; i++){d = (k0*exp(-E / R / T[i])*pow(C, n)*V*Q - yita*S*(T[i] - T[0])) / V / rou / cv; //求解温度随时间变化率T[i + 1] = T[i] + h*d; //计算下一时刻温度值tao[i + 1] = tao[0] + h*i;printf("%f,%f\n", T[i + 1], tao[i + 1]);ofile << T[i] << endl; //输出T 至文件myfile.txt}}elsefor (i = 0; i < 100; i++) //若T0不等于800，使yita=5.0，不改变yita值{yita = 5.0;d = (k0*exp(-E / R / T[i])*pow(C, n)*V*Q - yita*S*(T[i] - T[0])) / V / rou / cv;T[i + 1] = T[i] + h*d;tao[i + 1] = tao[0] + h*i;printf("%f,%f\n", T[i + 1], tao[i + 1]);ofile << T[i] << endl;}ofile << '\n' << endl;}ofile.close(); //关闭文件}将输出的数据导入Excel进行作图二：程序求解结果图一：反应温度与初始温度、散热系数关系图图二：反应温度与散热系数关系图图三：反应温度与初始温度关系图四：结果分析由图二易知，随着散热系数的增大，燃烧稳定性下降，从正常燃烧的状态变为不能燃烧的工况；由图三易知，随着初始温度的增加，燃烧稳定性改善，从不能着火的状态变为能燃烧的工况。

因为煤粉的粒径比煤球要小,所以:1、一般粒径小的焦炭(比表面积大,内空隙易暴露) ,反应活性更强。

可以认为煤粉的02有效渗入深度中的系数ε更大。

2、根据球体与大空间之间传质的定律Nuzl≈2αal=D/δ*Nuzl∝1/δ则煤粉与气体之间的传质系数αal大于煤球。

用零维系统燃烧热工况的稳定性来解释：家用煤球炉的燃料停留时间大约是1-2小时以上,而煤粉在炉膛中的停留时间仅有2-5秒,相差了1000倍左右。

根据停留时间，对零元系统燃烧热工况的稳定性的影响规律,家用煤球炉可以较容易地达到燃烧的稳定,而煤粉炉因为燃料的停留时间很短,需要减少单位燃料量的散热,使得炉膛工作在较高的温度才能使得燃烧的稳定性得到保证。

主要的因素,还是“时间”锅炉(或者发电机组)容量的单位是MW，即106J/s。

“大容量锅炉”就是指单位时间内能够提供更多能量的锅炉，即热功率更大。

换而言之,锅炉的容量要做大,就要求更多的燃料在更短的时间之内烧完。

因此,必须选取能够在很短的时间燃烧大量燃料的燃烧方式一煤粉燃烧。

则归纳原因为：煤粉的粒径小,燃烧反应速度更快,才能实现在较短时间内燃尽并释放出热能的目标。

煤粉燃烧还有一些其它的有利因素:·由于煤粉燃烧的活性好,燃烧效率(燃尽率)高;·较晚进入扩散燃烧区,使得炉膛温度可以得到充分提高,从而加大传热的温差,使得传热得到强化,同时减少制造受热面所需的钢材消耗量;可以提高朗肯循环的初始参数从而提高循环效率,大幅度提高供电热效率。

煤粉的着火条件更好;火焰传播速度更快;经济性更好。

根据固体燃料燃烧的动力区和扩散区,在煤层进入炉膛的低温区域,即动力区,应该主要考虑保温,而不是加大供风。

而在燃烧的中后期,进入了旺盛燃烧阶段,是扩散区,此时应加大供风。

所以,着火、燃烧中期、燃烧后期,三个阶段对风量的需求不同,要实施分仓送风。

"延迟送风”就是依照以上原则来组织供风的。

燃烧学第四次作业第五章由课堂所学内容知，解决脱火问题的主要措施有：α1k>1；降低气流喷射速度；加稳焰器。

改造后燃烧器如图所示主要采取的改造措施有：扩大喷口尺寸；将空气拆分为多股射流；使用钝体稳焰器；加入扩口与旋流发生叶片；将中心的燃气喷管延伸；加入值班火焰。

对燃烧过程产生的影响有：扩大喷口尺寸与将空气拆分为多股射流均可以将气体流速降低；使用钝体稳焰器：绕流钝体时会出现有回流区，回流区由于吸入大量高温烟气，使燃烧反应物温度升高，在区内某处实现了着火条件，产生了稳定的着火。

加入扩口与旋流发生叶片同样可以形成回流区，与钝体稳焰相似；将中心的燃气喷管延伸可以在燃烧室内形成扩散燃烧，加入值班火焰则预燃室内的火焰不会熄灭。

选做题：1.燃气燃烧器生成的NOx主要是热力型NOx。

由于燃气的反应活性很好,所以化学反应速率较快,在化学反应速率快的区域容易形成局部区域较大的放热量,导致局部区域的温度较高,形成热力型NOx。

如果通过散热或其他手段降低火焰的温度,又会导致火焰不稳定,容易熄火。

所以,燃气燃烧器要做到超低氮燃烧的主要困难是:燃烧过程稳定和避免局部温度过高产生NOx的矛盾。

2.在下方的喷嘴处,是扩散燃烧的原理,燃气和空气是分别通入燃烧空间的,没有提前混合。

但是,在多孔孔板之上的区域是预混燃烧。

因为燃气和空气在通过多孔孔板之前,已经混合了。

3.围的小口径喷嘴是燃气喷嘴,中间的大喷嘴是空气喷嘴。

一般情况下,都是燃气喷嘴小,空气喷嘴大。

因为有方程式CH4 +202= CO + 2H20，满足化学当量比的时候,空气的体积流量总是大于燃气体积流量。

4.对下方的喷嘴,需要达到“脱火"的状态,才能使得下方的喷嘴和孔板之间没有火焰。

而对多孔孔板,则需要保证气体流速与火焰传播速度的关系是“不脱火",才能使得火焰附着在多孔孔板上。

5.主要思路是避免形成"燃气燃烧的局部高温区"。

对下方的喷嘴,提高燃气和空气流速,达到脱火的状态,使得下方的喷嘴和孔板之间没有火焰。

然后在多孔孔板之上形成预混燃烧。

这种做法相当于把一个大火焰分割成很多个微小的火焰，控制好燃气和空气配比的时候,火焰温度能大幅度下降,避免热力型NOx的大量生成。

由于多孔耐火材料有很好的蓄热能力,能帮助一个个小火焰的稳定。

从而实现稳燃"和"低氨燃烧”二者的协调。

这种方式可以把过量空气系数控制得很低;多孔介质可以帮助火焰降温。

主要用下式分析：沿海地区与青藏高原的显著差异在于青藏高原海拔高，气压低，空气密度低，氧气浓度低。

对雾化喷嘴：k 值下降，需要δ也下降； 油泵：提升油压以增强雾化效果；鼓风机：气压与空气密度低，需要调整参数增加额定流量与压头； 烟囱：烟囱提供自然通风，p 下降则h 需上升；炉膛容积：气体体积流量变大，若需保持相同的停留时间，则炉膛容积需扩大： 炉膛内表面积：气压变低使火焰黑度变小，需要增加辐射换热面积故炉膛内表面积增加：对流受热面管束：气体密度变小，体积流量变大，流速变高。

在管间距与管径不变的条件下，Re 基本不变，故设计可以基本不变。

旋流燃烧器混合特性实验一: 实验原理温度场模拟浓度场，在湍流扩散的流场中，温度场和浓度场可以用相同的方程来描述，所以，可以用温度场模拟浓度场。

用不同温度T 1=T 2实验，实测混合点xy 处的温度T xy （介于T 1和T 2之间，T 1>T xy > T 2）分布与浓度C xy 相似221212xy xy T T C C T T C C --=--① 如研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C 。

② C 1和C 2是被比拟的实际两股气流的浓度③ T 1和T 2是被比拟的实际两股气流的温度④ m 1和m 2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数则由炉膛内的各气体的质量分数,浓度及温度关系为将实验测得的温度值代入上式即可得浓度比.二:测量手段 1 2xy ,1,2121,11121212122,2211122211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==⎧⎧+=+=⎪⎪+=−−−−−→+=⎨⎨⎪⎪+=+=⎩⎩将热电偶分布在炉膛内,即可测得炉膛内各点的温度 三：试验步骤① 将热电偶与测试系统连接；② 打开实验装置一段时间后，装置系统进入稳定状态； ③ 读取炉膛中各点温度，并记录于表格中；④ 整理实验数据四：数据处理方法设空气，燃料，烟气的质量分数分别为m 1， m 2， m 3； 被比拟的空气，燃料与烟气的浓度为C 1，C 2， C 3 被比拟的空气，燃料与烟气的温度为T 1，T 2， T 3 假设p p p p C C C C ===3,2,1,则 1m m 321=++mxy T T m T m T m =++332211xy C C m C m C m =++332211由上式及测得的温度即可得出浓度比及C xy五：实验系统示意图┃┃┃┃ ┃热电偶温度测试系统。